Billedkredit: ESO
Den 29. marts 2003 opdagede NASAs High Energy Transient Explorer en lys burst af gammastråler, og kort efter fokuserede teleskoper fra hele verden på objektet; nu kaldet GRB 030329 og målt til at være 2,6 milliarder lysår væk. Ved at måle eksplosionens efterglød indså astronomer, at den matcher spektret af en hypernova - eksplosioner af ekstremt store stjerner, mindst 25 gange større end vores egen sol. Ved at matche spektrene har astronomer overbevisende bevis for, at der er nogen forbindelse mellem gammastråle-udbrud og eksplosionerne af meget store stjerner.
En meget lys burst af gammastråler blev observeret den 29. marts 2003 af NASAs High Energy Transient Explorer (HETE-II), i en himmelregion i stjernebilledet Leo.
I løbet af 90 minutter blev en ny, meget lys lyskilde (den "optiske efterglød") detekteret i samme retning ved hjælp af et 40-tommers teleskop ved Siding Spring Observatory (Australien) og også i Japan. Gamma-ray burst blev betegnet GRB 030329 ifølge datoen.
Og inden for 24 timer blev et første, meget detaljeret spektrum af dette nye objekt opnået af UVES-højdispersionsspektrografen på 8,2 m VLT KUEYEN-teleskopet ved ESO Paranal Observatory (Chile). Det gjorde det muligt at bestemme afstanden som ca. 2.650 millioner lysår (rødskift 0.1685).
Fortsatte observationer med multi-mode-instrumenterne FORS1 og FORS2 på VLT i løbet af den følgende måned gjorde det muligt for et internationalt team af astronomer [1] at dokumentere i hidtil uset detalje af ændringerne i spektret af den optiske efterglød fra denne gammastråle-burst. Deres detaljerede rapport vises i 19. juni-udgaven af forskningstidsskriftet “Nature”.
Spektrene viser den gradvise og tydelige fremkomst af et supernova-spektrum i den mest energiske klasse, der er kendt, en "hypernova". Dette er forårsaget af eksplosionen af en meget tung stjerne - formentlig over 25 gange tungere end Solen. Den målte ekspansionshastighed (over 30.000 km / sek) og den samlede energi frigivet var usædvanligt høj, selv inden for den valgte hypernovaklasse.
Fra en sammenligning med flere nærliggende hypernovaer er astronomerne i stand til at rette med god nøjagtighed øjeblikket for den stellare eksplosion. Det viser sig at være inden for et interval på plus / minus to dage efter gamma-ray burst. Denne unikke konklusion giver overbevisende bevis for, at de to begivenheder er direkte forbundet.
Disse observationer indikerer derfor en fælles fysisk proces bag hypernova-eksplosionen og den dertil knyttede emission af stærk gammastråling. Holdet konkluderer, at det sandsynligvis skyldes det næsten øjeblikkelige øjeblikkelige, ikke-symmetriske sammenbrud i det indre område af en højtudviklet stjerne (kendt som ”sammenbrud” -modellen).
Gamma-ray burst den 29. marts vil passere i astrofysikernes annaler som en sjælden "type-definerende begivenhed", hvilket giver en endelig bevis for en direkte forbindelse mellem kosmologiske gammastråle-bursts og eksplosioner af meget massive stjerner.
Hvad er Gamma-Ray Bursts?
Et af de i øjeblikket mest aktive felt inden for astrofysik er undersøgelsen af de dramatiske begivenheder, der er kendt som "gammastråle-bursts (GRBs)". De blev først opdaget i slutningen af 1960'erne af følsomme instrumenter ombord i kredsløb om militære satellitter, der blev lanceret til overvågning og afsløring af nukleare prøver. Disse korte blitz af energiske gammastråler stammer fra mindre end et sekund til flere minutter med oprindelse, ikke på Jorden, men langt ude i rummet.
På trods af store observationsbestræbelser er det først inden for de sidste seks år, at det er blevet muligt med kort nøjagtighed at lokalisere stederne for nogle af disse begivenheder. Med den uvurderlige hjælp af forholdsvis nøjagtige positionsobservationer af den tilhørende røntgenemission fra forskellige røntgen-satellitobservatorier siden begyndelsen af 1997 har astronomer indtil nu identificeret omkring 50 kortvarige kilder til optisk lys tilknyttet GRB'er (de "optiske efterglødninger" ).
De fleste GRB'er har vist sig at være placeret i ekstremt store ("kosmologiske") afstande. Dette indebærer, at energien, der frigives på få sekunder under en sådan begivenhed, er større end solens energi i hele dens levetid på mere end 10.000 millioner år. GRB'erne er faktisk de mest magtfulde begivenheder siden Big Bang, der er kendt i universet, jfr. ESO PR 08/99 og ESO PR 20/00.
I løbet af de seneste år er der sket omstændigheder, som viser, at GRB signaliserer sammenbruddet af massive stjerner. Dette var oprindeligt baseret på den sandsynlige tilknytning af en usædvanlig gammastråle-burst med en supernova (“SN 1998bw”, også opdaget med ESO-teleskoper, jf. ESO PR 15/98). Flere ledetråde har siden dukket op, herunder foreningen af GRB'er med regioner med massiv stjernedannelse i fjerne galakser, fristende bevis på supernovalignende lyskurve ”buler” i de optiske efterglød fra nogle tidligere bursts og spektrale signaturer fra frisk syntetiserede elementer , observeret af røntgenobservatorier.
VLT-observationer af GRB 030329
Den 29. marts 2003 (kl. 11: 37: 14,67 timer UT) registrerede NASAs High Energy Transient Explorer (HETE-II) et meget lyst gammastråle-burst. Efter identifikation af den "optiske efterglød" med et 40-tommer teleskop ved Siding Spring Observatory (Australien) blev den røde forskydning af sprængningen [3] bestemt til 0.1685 ved hjælp af et højspredningsspektrum opnået med UVES-spektrografen ved 8,2 m VLT KUEYEN-teleskop ved ESO Paranal Observatory (Chile).
Den tilsvarende afstand er ca. 2.650 millioner lysår. Dette er den nærmeste normale GRB nogensinde fundet, og giver derfor den længe ventede mulighed for at teste de mange hypoteser og modeller, der er blevet foreslået siden opdagelsen af de første GRB'er i slutningen af 1960'erne.
Med dette specifikke mål vendte ESO-førende team af astronomer [1] sig nu mod to andre magtfulde instrumenter på ESO Very Large Telescope (VLT), multi-mode FORS1 og FORS2 kamera / spektrografer. Over en periode på en måned, indtil 1. maj 2003, blev spektre af det falmende objekt opnået med regelmæssig hastighed, hvilket sikrede et unikt sæt observationsdata, der dokumenterer de fysiske ændringer i det fjerne objekt i uovertruffen detalje.
Hypernova-forbindelsen
Baseret på en omhyggelig undersøgelse af disse spektre præsenterer astronomerne nu deres fortolkning af GRB 030329 begivenheden i et forskningsartikel, der vises i det internationale tidsskrift “Nature” torsdag den 19. juni. Under den prosaiske titel “En meget energisk supernova forbundet med gamma-ray burst af 29. marts 2003 ”konkluderede ikke mindre end 27 forfattere fra 17 forskningsinstitutter, ledet af den danske astronom Jens Hjorth, at der nu er ubestridelig bevis for en direkte forbindelse mellem GRB og” hypernova ”-eksplosionen af en meget massiv, stærkt udviklet stjerne.
Dette er baseret på den gradvise "opkomst" med tiden i et supernova-spektrum, der afslører en ekstrem voldelig eksplosion af en stjerne. Med hastigheder over 30.000 km / sek (dvs. over 10% af lysets hastighed) bevæger det udkastede materiale sig med rekordhastighed, hvilket vidner om eksplosionens enorme kraft.
Hypernovae er sjældne begivenheder, og de er sandsynligvis forårsaget af eksplosion af stjerner af den såkaldte “Wolf-Rayet” type [4]. Disse WR-stjerner blev oprindeligt dannet med en masse over 25 solmasser og bestod for det meste af brint. Nu i deres WR-fase, når de har fjernet sig deres ydre lag, består de næsten rent af helium, ilt og tungere elementer produceret ved intens atombrenning i den foregående fase af deres korte levetid.
”Vi har ventet på denne i lang, lang tid”, siger Jens Hjorth, ”denne GRB gav os virkelig de manglende oplysninger. Fra disse meget detaljerede spektre kan vi nu bekræfte, at dette burst og sandsynligvis andre lange gammastråle-bursts er skabt gennem kerne kollaps af massive stjerner. De fleste af de andre førende teorier er nu usandsynlige. ”
En "type-definerende begivenhed"
Hans kollega, ESO-astronom Palle M? Ller, er lige så tilfreds: ”Det, der virkelig fik os i starten, var det faktum, at vi tydeligt opdagede supernovasignaturerne allerede i det første FORS-spektrum, der blev taget kun fire dage efter, at GRB først blev observeret - det forventede vi overhovedet ikke. Efterhånden som vi fik flere og flere data, indså vi, at den spektrale udvikling var næsten fuldstændig identisk med den for hypernova, der blev set i 1998. Ligheden mellem de to gjorde det muligt for os at etablere en meget præcis tidspunkt for den nuværende supernova-begivenhed.
Astronomerne bestemte, at hypernovaeksplosionen (betegnet SN 2003dh [2]), der er dokumenteret i VLT-spektraet og GRB-hændelsen observeret af HETE-II, skal have fundet sted næsten på samme tid. Med forbehold for yderligere forfining er der højst en forskel på 2 dage, og der er derfor ingen tvivl om, at de to er sammenhængende.
“Supernova 1998bw affødte vores appetit, men det tog yderligere 5 år, før vi med sikkerhed kunne sige, vi fandt rygerpistolen, der spikrede forbindelsen mellem GRB'er og SNe” tilføjer Chryssa Kouveliotou fra NASA. "GRB 030329 kan godt vise sig at være en slags 'manglende link' til GRB'er."
Konklusionen var, at GRB 030329 var en sjælden "type-definerende" begivenhed, der vil blive registreret som et vandskille i højenergi-astrofysik.
Hvad skete der egentlig den 29. marts (eller for 2.650 millioner år siden)?
Her er den komplette historie om GRB 030329, som astronomerne nu læser den.
Tusinder af år forud for denne eksplosion losede en meget massiv stjerne, der løber tør for brændstofbrændstof, meget af sin ydre konvolut og omdanner sig selv til en blålig Wolf-Rayet-stjerne [3]. Resterne af stjernen indeholdt ca. 10 solmasser værd af helium, ilt og tungere elementer.
I årene før eksplosionen udtømmer Wolf-Rayet-stjernen hurtigt sit resterende brændstof. På et øjeblik udløste dette pludselig hypernova / gamma-ray burst-begivenheden. Kernen kollapsede, uden at den ydre del af stjernen vidste det. Et sort hul dannet indeni, omgivet af en disk med tiltrækkende stof. Inden for få sekunder blev en jetstråle lanceret væk fra det sorte hul.
Strålen passerede gennem den ydre skal af stjernen og sammen med kraftige vinde af nydannet radioaktivt nikkel-56, der blæste af disken indeni, knuste stjernen. Denne knusning, hypernovaen, skinner lyst på grund af tilstedeværelsen af nikkel. I mellemtiden pløjede jetflyet i materiale i nærheden af stjernen og skabte gammastråle-burst, der blev registreret ca. 2.650 millioner år senere af astronomerne på Jorden. Den detaljerede mekanisme til fremstilling af gammastråler er stadig et spørgsmål om debat, men den er enten knyttet til interaktioner mellem jet og stof, der tidligere er skubbet ud fra stjernen, eller til interne kollisioner inde i selve jetflyet.
Dette scenarie repræsenterer "sammenbrud" -modellen, der blev introduceret af den amerikanske astronom Stan Woosley (University of California, Santa Cruz) i 1993 og et medlem af det nuværende team, og forklarer bedst observationer af GRB 030329.
”Dette betyder ikke, at mysteriet med gammastråle-burst nu er løst”, siger Woosley. ”Vi er nu overbeviste om, at lange bursts involverer en kernekollaps og en hypernova, hvilket sandsynligvis skaber et sort hul. Vi har overbevist de fleste skeptikere. Vi kan imidlertid endnu ikke nå nogen konklusion om, hvad der forårsager de korte gammastråler, de under to sekunder.
Original kilde: ESO News Release
